ANÁLISE DA VARIAÇÃO ESPAÇO-TEMPORAL DAS FRENTES TÉRMICAS DEQUEBRA DE PLATAFORMA E FEIÇÕES ASSOCIADAS NO OCEANO ATLÂNTICO

SUL-OCIDENTAL ENTRE 25ºS E 37ºS

JOÃO FRANCISCO ILLA FONT ZANELLA1

GLAUBER ACUNHA GONÇALVESOSMAR MÖLLER JÚNIOR

FURG— Fundação Universidade do Rio GrandeCaixa Postal 474, 96201-900 Rio Grande, RS, Brasil

zanella@calvin.ocfis.furg.br

Abstract. Oceanic fronts are defined as interface regions between water masses withdifferent properties. Averaged seasonal images of temperature gradients obtained throughthe SST/AVHRR images, were used in order to analyze the temporal and spatial changesof the fronts formed in the shelf break. The fronts were located considering their positionrelative to the 200m isobath, and SST gradients were calculated . In the averaged imagesfor winter and autumn months, the occurrence of fronts is evident beyond the 30ºS,possibly due to a difference of temperature between the internal boundary of BrazilCurrent and the northward current on the shelf. The spring and summer months arecharacterized by the absence of the fronts northward of 30ºS, and less intense fronts. Thefronts occurred generally parallel to the shelf break, with some exceptions related to thefront meandering.Keywords: oceanic fronts, Brazil Current.

1. IntroduçãoO avanço da tecnologia espacial possibilitou o monitoramento das variações espaço-temporais daTemperatura Superficial do Mar (TSM) em extensas áreas de maneira quasi-sinóptica, a partir dolançamento de satélites com sensores radiométricos na década de 60. Tais sensores operam nasfaixas do visível, infravermelho próximo e termal, possibilitando a detecção de feições térmicaspresentes nos oceanos. Neste estudo, foi utilizado o sensor passivo AVHRR (Advanced VeryHigh Resolution Radiometer), a bordo dos satélites da série NOAA (National Oceanic AtmosfericAdministration),

A TSM é um parâmetro fundamental para uma variedade de processos biológicos, químicos efísicos, além de ser um importante indicador feições oceanográficas, entre elas, as frentestérmicas. As frentes oceânicas superficiais são freqüentemente definidas como áreas queapresentam fortes gradientes horizontais nas propriedades da água do mar (temperatura,salinidade, densidade e cor do oceano). Estas regiões apresentam uma grande abundânciabiológica devido à produtividade local (Fournier et al., 1979) ou por acúmulo mecânico devido aprocessos físicos em conjunto com padrões diários de (Olson & Backus, 1985). Existemdiferentes tipos de frentes, tais como, frentes na quebra da plataforma, frentes de ressurgência e 1 Apoio da FAPERGS, este estudo é parte de uma monografia de graduação.

frentes devido a plumas de rios. Estes dois últimos tipos de frentes são, geralmente feiçõeslocalizadas, enquanto que as frentes formadas na quebra de plataforma podem se estender porlongas distâncias. Neste estudo, particularmente, será enfocada a Frente de Quebra de Plataforma(FQP), formada pela diferença existente entre as águas da plataforma e do talude continentais naregião do Atlântico Sul Ocidental, compreendida entre 25º e 37ºS.

Conseqüentemente, no Atlântico Sul Ocidental, a localização média da FQP está associada àisóbata de 200 m, correspondendo à interface entre as águas mais frias e menos halinas daplataforma e as águas quentes e halinas da Corrente do Brasil (CB) da região oceânica adjacente.

A posição exata da FQP pode variar tanto espacial como temporalmente. Segundo Garfield(1990),que ao analisar 3 anos de imagens de satélite a partir de 1982, realizou uma estatística daposição da frente oceânica formada entre o limite interno da CB e as águas da plataforma, emrelação a isóbata de 200 m verificando que entre 20o e 32oS, a posição média da frente permaneceintimamente associada à quebra de plataforma.

Trabalhos utilizando dados da estrutura térmica superficial dos oceanos buscam detectaráreas mais favoráveis à pesca, pois certas espécies de peixes (e. g. tunídeos) tem sua distribuiçãoespaço-temporal vinculada à dinâmica de feições térmicas (Andrade et al.,1993).Também doponto de vista ecológico as frentes são importantes, pois são processos que podem resultar naconcentração de substâncias dissolvidas e em suspensão, além de matéria floculada.

Este trabalho tem como objetivo principal, determinar variações espaço-temporais e daintensidade da FQP, desenvolvendo uma metodologia para um estudo desta natureza, esecundariamente descrever feições como vórtices e meandros, associadas à FQP.

2. Material e MétodosApós serem capturadas pela antena, as “imagens brutas”, foram importadas para o softwareERDAS IMAGINE 2, possibilitando seu processamento através do uso de artifícios gráficos edigitais, para uma melhor visualização e interpretação dos dados coletados. Dentre os 5 canaisobtidos pelo sensor AVHRR, são selecionados os canais 2 do infra-vermelho próximo calibradopara albedo, o canal 4 da porção termal calibrado para temperatura de brilho e a TSM(Temperatura Superficial do Mar - composição dos canais 4 e 5 (imagens diurnas) ou 3, 4 e 5(imagens noturnas). Os canais 4 e TSM são úteis para detectar os valores dos gradientestérmicos que determinarão os limites da estrutura frontal e o canal 2 para identificar nuvens.Geo-referência e reamostragemAlém dos pontos de controle orbitais, obtidos a partir da posição do satélite, vinte pontos decontrole em terra foram acrescidos às imagens, plotados com base em cartas náuticas pararefinamento da geo-referência, eliminando distorções decorrentes da trajetória orbital. As imagenspassaram por um processo de reamostragem por convolução cúbica com resolução espacial de2200 X 2200 m e geo-referência para a projeção geográfica lat/long, utilizando-se ogeóide/datum WGS 84 indicado pelo próprio software como a mais recente atualização para usoglobal.

2 ERDAS Project Number 95352 – L5 NTU

Seleção das imagensForam selecionadas todas as imagens que apresentaram menos de ¾ de cobertura de nuvens, numtotal de 63. Por problemas técnicos, durante os meses de maio, junho e julho de 1996 e parte dejaneiro e fevereiro da 1997, a antena esteve fora de operação, não havendo dados nestes períodos.As imagens foram ainda reduzidas à área de interesse do trabalho no tamanho 512 X 512 pixels(os subsets), compreendendo as latitudes aproximadas de 26ºS e 36ºS e as longitudesaproximadas de 45º W e 55º W.Obtenção de imagens de gradienteUm operador de gradiente matricial convolucional e direcional Sobel foi aplicado às imagens deTSM, com feições suavizadas por um filtro média - passa baixas, nas direções horizontal (E-O) evertical (S-N) a fim de determinar os valores médios da variação da temperatura na vizinhança decada ponto da imagem. A obtenção de imagens de gradiente possibilita a detecção das zonas demáximo gradiente no oceano, permitindo a análise qualitativa dos mesmos.Mascaramento e linhas isobatimétricasAtravés das imagens da banda 2, foram selecionadas visualmente as fronteiras entre nuvem eágua, a área correspondente a nuvens foi demarcada e sobreposta as imagens de gradiente, eeliminada (nesta área os pixels passam a assumir valores nulos). Para o mascaramento doscontornos terrestres foi utilizado o mesmo artifício, utilizando a demarcação de uma linha decosta importada de um atlas digital, que também forneceu um arquivo com as linhas batimétricasde 100 m, 200 m e 2000 m.Obtenção das imagens médias-sazonaisO modelo desenvolvido no ambiente computacional ERDAS IMAGINE sobrepõe as imagensde gradiente selecionadas, identifica o mesmo pixel em cada imagem, e executa a média aritméticados valores de gradiente maiores que zero, não computando as áreas cobertas por nuvens,previamente eliminadas.Determinação das frentes térmicasAs frentes térmicas são zonas estreitas e compridas no oceano com um alto gradiente transversalde temperatura, que deve ser igual ou superior a duas ordens de grandeza do gradiente médiohorizontal para dada região determinado por condições climáticas (Fedorov, 1983). O gradientemédio climático de temperatura na direção meridional em extensas áreas de regiões temperadas etropicais - Gm varia entre 2 x 10-3 a 4 x 10 -3 0C/ km. Assim, assume-se valor de 0,20 C/km comolimite mínimo para identificação das frentes (Fedorov, 1983). Observações anteriores na região daConvergência Subtropical revelam valores do gradiente médio horizontal ao longo da zona frontal- Gzf, entre 0.022 e 0.029º C/km (Godói, 1983), confirmando, dentro do critério proposto porFedorov o valor utilizado como limite mínimo para caracterização da frente térmica na região deestudo. A posição das frentes em relação à isóbata de 200 metros foi determinada através de trêsperfis transversais nas latitudes 29º, 32º e 35ºS em cada imagem-média.

3. Resultados e discussãoAtravés da análise visual das imagens e da interpretação dos gráficos de gradiente de temperatura,foram obtidos os seguintes resultados:Primavera de 1995

Não foram observados gradientes maiores que 0.20C / km, com exceção de duas pequenasáreas próximas a latitude de 300 S junto a isóbata de 200 m e uma mais ao sul, próximo aoslimites da área de estudo, possivelmente influenciada pela CBM (figura 1). Foi registrado no perfilda latitude 35ºS (figura 1.a) um pequeno gradiente a 28 km após a isóbata de 200 m.

Fig. 1: Imagem média da primavera de 1995e perfis transversais do gradiente (alinha pontilhada representa ogradiente mínimo da frente e o traçoamarelo a isóbata de 200 m).

Primavera de 1996Rumo ao sul, até aproximadamente a latitude 31ºS a situação é semelhante a da primavera do anoanterior, sem demarcados gradientes. A partir dessa latitude foi registrada a ocorrência de frentestérmicas, sendo a primeira, exatamente sobre a isóbata dos 200 m na altitude 31º30’S (figura 2).

Na latitude 32ºS foi identificada uma frente com gradiente de 0.2º C / km a 13 km da isóbatade 200 m (figura 2.b). Ainda em direção ao sul observou-se uma extensa zona frontal a partir de33ºS até aproximadamente 35ºS (figura 2). Nesta latitude um perfil transversal revelou a presençade duas zonas frontais, distantes 15 km e 48 km da isóbata de 200 m respectivamente, comgradiente de aproximadamente 0,2º C / km (figura 2.c).

Fig. 2: Imagem média do inverno de 1996e perfis transversais.

Verão de 1996Esta estação do ano apresentou os mais baixos gradientes térmicos. Foi identificada uma frente nalatitude 37ºS, muito provavelmente decorrente da CBM naquela região (figura 3). Nas latitudes29ºS, 32ºS e 35ºS nenhuma frente térmica foi observada (figura 3.a, b, c).

Fig. 3: Imagem média do verão de 1996 eperfis transversais.

Verão de 1997Não foi registrada a ocorrência gradientes térmicos entre 29ºS e 31ºS (figura 4).

O pequeno número de imagens pode ter sido a causa da ausência de registro da frentes aosul de 30ºS. Os perfis nas latitudes 29ºS e 32ºS revelam os baixos gradientes nesta época, emtorno de 0,1º C /km (figura 4.a, b).

Fig. 4: Imagem média do verão de 1997 e perfis transversais.

Outono de 1996Os meses de outono de 1996 caracterizaram-se por altos gradientes térmicos, uma frente

praticamente contínua que se estende de 31ºS a 37ºS. Duas zonas frontais em forma de arco,justapostas, separadas aproximadamente 15 km uma da outra, entre as isóbatas de 200 m e 2000m (figura 5) sugerem a presença de um meandro. Na latitude 29ºS observou-se uma zona frontaljunto a isóbata de 100m (figura 5.a), enquanto que duas frentes foram observadas na latitude 32ºSno entorno da isóbata de 200m, e três frentes, uma com mais de 20km de largura e 0,5ºC/km.

Fig. 5: Imagem média do outono de 1996 eperfis transversais.

Outono de 1997Uma extensa frente foi observada entre as latitudes 31ºS e 37ºS, semelhante a encontrada nooutono do ano anterior, menos intensa e descontínua. Também um meandro entre as latitudes27ºS e 28ºS semelhante ao descrito ano anterior (figura 6). Na latitude 29ºS observou-se duasfrentes, uma distante 26 km em direção a costa, da isóbata de 200 m, e a outra, a 9 km da isóbata,mais ao largo (figura 6.a). Na latitude 32ºS foi registrada uma frente térmica associada a isóbatade 200 m, estendendo-se por mais de 100 km em direção ao norte, apresentando meandramento(figura 6.b). Já na latitude 35ºS ocorreu uma zona de alto gradiente térmico (0,7º C / km) junto aisóbata de 100 m, distante 11 km da isóbata de 200 m (figura 6.c).

Fig. 6: Imagem média do outono de 1997 eperfis transversais.

Inverno de 1996O perfil da latitude 29ºS foi substituído pelo da latitude 26º30’S devido ao pequeno

número de imagens disponíveis Nesta latitude são registradas três frentes posicionada a próximasa isóbata de 200m, com valores médios de 0,3º C / km. Na latitude 32ºS foi registradas uma zonafrontal sobre a isobatimétrica de 2000 m apresentando gradientes em torno de 0.4ºC/km (figura7.b). Junto a isóbata de 100 m, os gradientes atingem 1,5º C, no perfil da latitude 35ºS (figura7.c). Neste mesmo perfil observa-se uma extensa zona frontal de aproximadamente 30 km delargura mais ao largo. Tal situação pode estar representando flutuações temporais de uma mesmafrente térmica.

Fig. 7: Imagem média do inverno de 1996 eperfis transversais.

Inverno de 1997No inverno os altos gradientes de temperatura podem estar associados a dois fenômenos

diferentes. Partindo do norte para o sul, de 27ºS até 32ºS uma série de frentes foram identificadas(na maioria paralelas as linhas isobatimétricas) e pode-se supor que estejam relacionadas com ainterface entre a CB e as águas da plataforma. Ao sul de 32ºS encontrou-se um gradiente maiselevado e contínuo, também tendendo acompanhar as linhas isobatimétricas. Parece, no entanto,que esta frente extensa e bem demarcada tenha sido gerada pelo encontro das correntes do Brasile das Malvinas, na região do Extremo Oeste da Convergência Subtropical (EOCS) (Tseng,1974).Uma feição em forma de um semicírculo (possivelmente um meandro) foi registrada entre aslatitudes 27ºS e 28ºS, tangencial a isóbata dos 200 m (figura 8). O perfil transversal na latitude29ºS apresenta duas zonas frontais, uma com menor gradiente e outra exatamente sobre a isóbatade 200 m, com gradiente de 0.6º C/km (figura 8.a). Na latitude 32ºS uma frente se desenvolvecerca de 17 km da isóbata de 200 m em direção a costa (figura 8.b). Uma extensa área deelevado gradiente foi observada entre as latitudes 35ºS e 37ºS, ocupando praticamente toda alargura entre as isóbatas de 100 a 2000 m. Sua origem deve-se a grande diferença de temperaturaentre as águas da CM e da CB, sendo encontrado nesta época valores de 8º C (CM) e de 19º C(CB) para as águas transportadas por estas correntes na região em questão. São observados seis

picos de gradientes dentro desta área, com valor máximo de 1,4º C/km (representando o maiorgradiente encontrado para a região de estudo ao longo das estações estudadas (figura 8.c).

Fig. 8: Imagem média do inverno de 1997 eperfis transversais.

4.ConclusõesBasicamente em todas as imagens estudadas verificou-se ocorrência de Corrente do

Brasil, água costeira (considerada neste estudo toda água junto a plataforma, que não exibiu astemperaturas características das correntes do Brasil e das Malvinas), Corrente das Malvinas e azona de Convergência Subtropical, caracterizada pela região da Frente Oceânica Subtropical(Godói, 1983). Nas imagens-médias dos meses de outono e inverno verificou-se a ocorrência defrentes oceânicas acima da latitude 30ºS, portanto além da extremidade norte da convergênciaSubtropical (Godói & Stevenson, 1984). Estas frentes ocorrem possivelmente pela diferença detemperatura entre o limite interno da Corrente do Brasil e a Água Costeira. Nestas imagens pode-se observar a presença de meandros associados normalmente a água quente da Corrente do Brasil,sendo que algumas feições semelhantes ocorrem nas mesmas épocas em anos diferentes,demonstrando talvez um ciclo anual, pelo menos em relação aos anos estudados.

È considerável a redução do gradiente térmico em direção às menores latitudesprincipalmente durante o verão e a primavera. Este comportamento pode estar indicando umpadrão sazonal, no qual as frentes aparecem ou se intensificam além da latitude de 31ºS durante ooutono e o inverno.

Geralmente as frentes estiveram paralelas a quebra da plataforma, com algumas exceções,como por exemplo quando apresentaram um comportamento meandrante. Ao sul da latitude 29ºSa frente térmica afasta-se da isóbata de 200 m em direção ao oceano e próximo da latitude 30ºScruza a isóbata posicionando-se mais próximo da costa nas proximidades da latitude 31ºS. Esta

variabilidade na posição da frente também foi observada por Garfield (1990) e pode estarassociada a curvatura acentuada no contorno batimétrico naquela região. Em direção ao sul abatimetria torna-se mais reta ao longo da margem continental e a instabilidade na posição dafrente térmica desaparece, retornando a associação com a isóbata de 200 m. A similaridade entreas variabilidades nas regiões frontais e curvatura na batimetria, em ambas correntes (CB e CG)sugerem que a interação entre o limite interno das correntes com o contorno batimétrico sejadeterminante para a instabilidade das frentes nestas regiões.

A zona frontal localizada entre as latitudes 35ºS e 37ºS apresentou uma largura por voltade 60 km no inverno de 1996 e de mais de 100 km no inverno de 1997, com vários picos dagradiente, um estudo mais detalhado nesta região pode contribuir para o conhecimento dosfenômenos que mantém os elevados gradientes na interface entre massas d’água.

Entre as latitudes 270 S e 280 S, nas proximidades da Ilha de Florianópolis, a ocorrência deum vórtice quente que permanece na região nos meses de outono nos dois anos deveria serestudada mais detalhadamente. Outro fator que viabiliza o estudo dessas feições é suacomprovada relação com estoques pesqueiros de valor comercial.

Sob o aspecto econômico um fator que incentiva o estudo detalhado das frentes oceânicasé a necessidade de desenvolvimento de pescarias com auxílio científico no oceano aberto, emfunção da escassez do recurso pesqueiro nas zonas costeiras.

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